趙燁　范軍華

摘? 要：自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為保證飛機(jī)航行的重要因素，在本次研究中，文章介紹了一款自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)路徑，闡述了該平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)路徑以及功能模塊實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)飛行計(jì)算機(jī);自動(dòng)測(cè)試技術(shù);系統(tǒng)測(cè)試

中圖分類號(hào)：V249? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）18-0095-02

Abstract： Automatic flight control computer has become an important factor to ensure aircraft navigation. In this study， this paper introduces the design path of a general automatic test platform for automatic flight control computer. The key technology path and function module realization method of the platform are described.

Keywords： automatic flight computer; automatic testing technology; system testing

1 自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)

目前，自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)主要通過(guò)AFDX以及HB6096總線接收系統(tǒng)采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括慣性導(dǎo)航信息、大氣數(shù)據(jù)以及無(wú)線電高度等飛行姿態(tài)參數(shù);同時(shí)該系統(tǒng)可以記錄飛機(jī)航行期間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)變化，包括飛行設(shè)備的偏航距、飛機(jī)引導(dǎo)模式、數(shù)據(jù)差等。該系統(tǒng)能反饋飛機(jī)的工作狀態(tài)、飛行參數(shù)，通過(guò)HB6096總線設(shè)定的方法完成飛行引導(dǎo)以及自動(dòng)飛行等?？傮w而言，該自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)通過(guò)多板卡功能模塊設(shè)計(jì)，在背板總線設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)不同功能模塊之間的信息數(shù)據(jù)交流，其中的關(guān)鍵部件包括：（1）多路總線接口板;（2）CPU板;（3）電源模塊轉(zhuǎn)換板;（4）模擬信號(hào)接口板等。在功能界定上，上述關(guān)鍵部件能夠?qū)崿F(xiàn)自由插播更換，為了確保系統(tǒng)功能順利實(shí)現(xiàn)，要確保飛機(jī)能夠自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)功能，且地勤工作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算機(jī)修復(fù)以及功能模塊功能改善，最終全面提高飛機(jī)的出勤率[1]。

2 通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2.1 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

從系統(tǒng)功能角度來(lái)看，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)如果想要實(shí)現(xiàn)通用化設(shè)計(jì)，首先在硬件設(shè)備上必須要滿足大部分控制器接口需求，并滿足大量軟件的可移植以及可拓展性。因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)，在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)上需要構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中軟硬件要素之間能夠完成有效的信息交流，并滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)以及ATML描述要求。

該自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)化體系，相關(guān)功能也應(yīng)該滿足該標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化體系來(lái)進(jìn)一步滿足自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中全生命周期內(nèi)的信息流復(fù)用需求;要嚴(yán)格控制硬件平臺(tái)上功能升級(jí)成本，增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可操作性。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1所介紹的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)GPIB、PXIe、PXI總線等連接測(cè)試器，基礎(chǔ)測(cè)試儀器包括測(cè)試儀表、控制電源等，其他專業(yè)測(cè)試儀器包括模擬信號(hào)、總線信號(hào)以及其他專業(yè)測(cè)試模塊等。

2.2 平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

（1）為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，選用了非實(shí)時(shí)HP工作站，該工作站能夠運(yùn)行windows操作系統(tǒng)，通過(guò)TCP/IP局域網(wǎng)測(cè)試程序，識(shí)別測(cè)試指令數(shù)據(jù)，并能接收下載工作站的測(cè)試結(jié)果。（2）為確保能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)工作站的運(yùn)行過(guò)程，使用研華工控

機(jī)，通過(guò)該設(shè)備運(yùn)行Vxwork實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，測(cè)控工作站的運(yùn)行程序。該設(shè)備的主要特征，就是能夠滿足GPIB、PXIe、PXI總線的測(cè)試需求，并提供仿真模擬自動(dòng)飛行控制運(yùn)算的信號(hào)接口。（3）程控28V電源模擬計(jì)算機(jī)使用多路直流28V供電電源，程控通用儀器能滿足大量信號(hào)測(cè)量、監(jiān)控要求，尤其在單個(gè)信號(hào)管理中的效果更顯著。（4）AD/DA接口板具有良好的仿真能力，在運(yùn)行期間能夠?qū)﹄x散量以及模擬量等關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果已經(jīng)成為影響通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。

除了上述關(guān)鍵硬件設(shè)備外，其他硬件設(shè)備直接通過(guò)GPIB、PXIe、PXI總線逐漸擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)置理想的接口適配器，分別連接硬件設(shè)備與自動(dòng)飛機(jī)控制計(jì)算機(jī)，期間可以根據(jù)各功能端口的采集數(shù)據(jù)，將通道數(shù)據(jù)連接到測(cè)試儀器數(shù)據(jù)庫(kù)中（通過(guò)GPIB、PXIe、PXI總線完成數(shù)據(jù)傳輸），同時(shí)接口配適器還具有隔離信號(hào)、調(diào)制信號(hào)的功能。

2.3 通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.3.1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

為了確保通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的軟件系統(tǒng)能夠滿足自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行要求，在本次研究中，采用有限狀態(tài)機(jī)理論，作為一種常用于計(jì)算機(jī)科學(xué)以及自動(dòng)化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)研究工具，能夠研究自動(dòng)飛行系統(tǒng)內(nèi)在復(fù)雜關(guān)系，該方法通過(guò)對(duì)一系列狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，判斷其中存在的內(nèi)在關(guān)系，最終形成完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。而在實(shí)際上，飛機(jī)航行時(shí)的工作模式本身就是一種離散事件，因此軟件功能應(yīng)該對(duì)離散事件的切換進(jìn)行描述，這樣才能提高系統(tǒng)的性能[2]。

有限狀態(tài)機(jī)理論能表示某個(gè)離散狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移與動(dòng)作等行為，這個(gè)過(guò)程可以按照?qǐng)D2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。在圖2中，可以將其劃分為飛機(jī)自動(dòng)飛行控制中的六種狀態(tài)，包括LOFF（水平自動(dòng)駕駛關(guān)閉狀態(tài)）、LOC（航跡）、VOFF（垂直自動(dòng)駕駛關(guān)閉模式）、HDG（航向航跡）、VS（垂直速度）、GS（下滑道）。

按照自動(dòng)飛行系統(tǒng)控制指令，將其設(shè)定為接通斷開條件，并加入“輸入輸出”以及其他切換條件之后，能夠構(gòu)建一個(gè)完整的軟件系統(tǒng)邏輯轉(zhuǎn)換模式，滿足通用自動(dòng)測(cè)試需求，根據(jù)測(cè)試過(guò)程中相關(guān)模式的變化，就能對(duì)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

2.3.2 軟件系統(tǒng)關(guān)鍵功能

（1）狀態(tài)輸入。在通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)是由多個(gè)變量組成的，這些變量體現(xiàn)了飛機(jī)自動(dòng)飛行過(guò)程中處于何種控制狀態(tài)下，彰顯了自動(dòng)駕駛的功能性。所以，系統(tǒng)能夠識(shí)別自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)是否接入，并且顯示自動(dòng)駕駛過(guò)程中的狀態(tài)變化。（2）輸入。系統(tǒng)能夠根據(jù)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輸入的信息，采集傳感器信號(hào)，并分析自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的狀態(tài)。因此需要實(shí)現(xiàn)離散輸入、信號(hào)輸入以及模擬輸入等功能。在這個(gè)過(guò)程中，事件信號(hào)輸入通常來(lái)源于特定模式（或者飛行員的操作指令），其主要目的是激活（或停止）飛機(jī)的飛行控制。例如在自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，可以選擇飛行高度，并將其作為一個(gè)“事件”輸入到系統(tǒng)中。（3）輸出。按照不同輸入，系統(tǒng)能夠在改變狀態(tài)的基礎(chǔ)上完成輸出。此時(shí)的數(shù)據(jù)能夠指示自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)，也是制定飛機(jī)控制中作為命令指控的各項(xiàng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)。例如，飛機(jī)指引儀輸出的數(shù)據(jù)是正確的，則證明自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)中飛行指引儀是開啟狀態(tài)。除此之外，還能設(shè)計(jì)輸出矩陣，顯示不同變量的輸出狀態(tài)變化。

2.3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)上文所介紹的相關(guān)功能，本文提出的開發(fā)管理平臺(tái)主要包括系統(tǒng)集成環(huán)境、測(cè)試程序開發(fā)環(huán)境以及系統(tǒng)管理模塊等，在軟件功能的界定上，該系統(tǒng)能完成有限狀態(tài)機(jī)理論測(cè)試程序應(yīng)用需求;在系統(tǒng)集成階段，系統(tǒng)集成環(huán)境主要提供給測(cè)試平臺(tái)研制廠商，在記錄平臺(tái)測(cè)試資源描述以及驅(qū)動(dòng)開發(fā)之后，確保該系統(tǒng)能夠符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)ATML語(yǔ)言完成開發(fā)描述。

執(zhí)行管理平臺(tái)測(cè)試程序的運(yùn)行環(huán)境要時(shí)刻處于測(cè)控計(jì)算機(jī)功能架構(gòu)內(nèi)，系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行管理平臺(tái)，依靠COM結(jié)構(gòu)與測(cè)試運(yùn)行環(huán)境之間的關(guān)鍵功能交互，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理奠定基礎(chǔ)，且同時(shí)滿足運(yùn)行編譯等功能。出于對(duì)軟件系統(tǒng)“輸入”與“輸出”功能的考慮，在軟件設(shè)計(jì)上還應(yīng)該增加關(guān)聯(lián)信號(hào)仿真模擬驅(qū)動(dòng)功能，該功能主要是在已有的驅(qū)動(dòng)程序上實(shí)現(xiàn)。

3 自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的狀態(tài)測(cè)試

3.1 測(cè)試的基本流程

（1）測(cè)試開始之后，先識(shí)別自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的硬件編號(hào)以及系統(tǒng)型號(hào)情況，此時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)針腳阻抗測(cè)試結(jié)果，先判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)部是否存在故障;安排除系統(tǒng)存在故障之后，系統(tǒng)執(zhí)行準(zhǔn)備工作，此時(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容，就是引導(dǎo)計(jì)算機(jī)的加電啟動(dòng)，避免計(jì)算機(jī)啟動(dòng)期間不會(huì)因?yàn)橛布詸z錯(cuò)誤問題而無(wú)法正常啟動(dòng)設(shè)備[3]。此時(shí)相關(guān)人員可以觀察交聯(lián)仿真設(shè)備是否返回正常的仿真信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。（2）地勤人員可以根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試要求，選擇不同的系統(tǒng)測(cè)試方向，如單項(xiàng)功能測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試等。（3）在測(cè)試結(jié)束后，生成系統(tǒng)測(cè)試報(bào)告。

3.2 測(cè)試期間的注意事項(xiàng)

（1）保證計(jì)算機(jī)的硬件自檢通過(guò)，在正常啟動(dòng)之后，對(duì)軟件系統(tǒng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。（2）保證計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，自動(dòng)飛控系統(tǒng)處于正常模態(tài)，根據(jù)模態(tài)變化來(lái)綜合評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（3）測(cè)試結(jié)果的接收端，能夠通過(guò)總線記錄各種信號(hào)，并對(duì)數(shù)據(jù)恩日歐諾個(gè)的有效性進(jìn)行評(píng)估，在這個(gè)過(guò)程中，主要的動(dòng)作類型為“施加激勵(lì)”，通過(guò)奇校驗(yàn)方法，測(cè)量目標(biāo)串口的發(fā)送信息情況。（4）根據(jù)編制好的自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)功能模塊測(cè)試路徑，將測(cè)試方法流程編寫成XML語(yǔ)言測(cè)試集，通過(guò)該測(cè)試集，能夠完成被測(cè)試設(shè)備的描述以及接口配適器描述等。

通過(guò)上述方法采集系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息之后，就能完成自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的狀態(tài)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，判斷通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)滿足自動(dòng)飛行控制計(jì)算機(jī)的管理要求，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比具有易于拓展等要求，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程序的功能優(yōu)化，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)性能評(píng)估過(guò)程，具有顯著優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

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